某公司20吨锅炉SNCR烟气脱硝工程技术方案.doc
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********20t/h燃煤锅炉烟气脱硝项目
LNBs+SNCR
烟气脱硝装置技术方案
低设备投资、低运行成本
高性价比、高可靠性
睿能源智系统技术（北京）有限公司
2009年4月
目录
1睿能源智系统技术（北京）有限公司 3
2烟气脱硝工艺技术的选择 3
3LNBs+SNCR脱硝工艺简介 5
3.1降低NOx燃烧技术（LNBs） 5
3.2选择性非催化还原法（SNCR） 5
4设计基础 6
4.1项目背景 6
4.2设计依据 6
4.2.1锅炉参数 6
4.2.2锅炉烟气主要污染物含量 7
4.3装置规模及组成 7
4.4还原剂 7
4.5强化反应剂 7
4.6LNBs+SNCR脱硝装置总体性能指标 7
5系统配置 8
5.1还原剂制备系统 8
5.2锅炉燃烧工况监测系统 10
5.3还原剂喷射装置 10
5.4逃逸NOx脱除装置 11
5.5低NOx燃烧控制装置 11
5.6SCADA监测与控制系统 12
5.7电气系统 12
6工艺流程 13
6.1LNBs工艺流程 13
6.2SNCR工艺流程 14
7主要工艺设备表 15
8LNBs+SCR系统原料及公用工程消耗 17
9运行费用估算 17
10报价单 18
1睿能源智系统技术（北京）有限公司
睿能源智系统技术（北京）有限公司主要研究开发能源、环保相关项目，经营相关冶金设备、环保设备，拥有多个相关项目的研究开发团队，其中供氧项目组是国内最具实力和影响力的研究开发团队，其供氧技术具有国际领先水平。
集研发、工程咨询、工程设计界先进技术同步，并自主创新实现技术和装备的国产化，完成了多项国家重点工程设计、设备成套和工程总承包，获得国家及省地发明奖、科技进步奖多项，完成国家重大科研课题10余项，拥有多项专有技术、发明专利，其中供氧项目组是国内最具实力和影响力的研究开发团队，其供氧技术具有国际领先水平。
公司汇聚了大量的专业人才，现有职工85人，其中教授、副教授25人，高级工程师15人，博士、硕士25人、各类工程人员20。
科研人员配置齐全，研究设计开发经验丰富，分别为冶金工艺、机械设备、自动化、能源动力、环境工程等专业的技术专家。
同时拥有现代化的211国家重点燃烧实验室。
可以根据用户的生产及工艺特点进行设计、制造，使项目达到预定的工艺技术指标。
公司具备国内一流的技术力量，完善的实验、试验设备。
获国家、省部级科技进步奖和高技术水平产品均占国内领先地位。
以新面貌、新机制走上良性发展的快车道，竭力打造技术持续进步的驱动力，将公司建设成为以研发、技术诊断为基础，以钢铁、节能环保为主行业，以工程总承包和具有自主知识产权的设备成套和制造为核心业务，国际知名、用户首选的科技型工程公司。
泰以“务实、创新、发展、共赢”为核心价值观，竭诚为顾客提供最优质的技术、装备及工程服务。
2烟气脱硝工艺技术的选择
氮氧化物是通常公认的三种主要的大气污染物之一（即烟尘、二氧化硫、氮氧化物），它的危害程度比二氧化硫有过之而无不及，甚至更为深广。
随着经济的发展，有效控制燃煤造成的大气污染形势已经刻不容缓，特别是控制燃煤过程中的氮氧化物，烟气脱硝技术显得相当重要。
目前通行的烟气脱硝技术大致可分为两类，一是控制燃烧过程中NOx的生成，即低NOx燃烧技术（LNBs）；二是对生成的NOx进行处理，即烟气脱硝技术。
其中烟气脱硝技术主要有选择性非催化还原法（SNCR）、选择性催化还原法（SCR）两种。
结合北京紫竹药业公司的20t/h链条炉现状，对其采取各类脱硝工艺的经济技术比较如下：
脱硝技术
类别
脱硝效率（%）
工程造价（万元）
运行费用（万元/年）
经济技术分析
性价比
LNBs
20-30
30
2-3
不能保证达标排放
系统可靠性不高
差
SNCR
40-60
140-150
7-8
投资较SCR技术低80%
烟风系统阻力小，可忽略
不需更换引风机
良
SCR
70-90
600-700
（不含更换引风机）
15-20
（不含风机电量增加）
投资高，经济效益差
催化剂寿命有仅，仅3-5年
引风机压头余量不足，需更换烟风系统阻力增加1000Pa
引风耗电增加15%
极差
LNBs+SNCR
55-70
160-170
9-10
投资较SNCR低70%
脱硝效果有保证
不需更换风机
系统可靠性高
最优
SNCR+SCR
85-90
750-800
30-35
投资极高
脱硝效果有保证
催化剂寿命有仅，仅3-5年
引风机压头余量不足，需更换
此巨额投资，可更换燃气锅炉
最差
根据北京紫竹药业公司20t/h锅炉的基本状况，选用降低Nox燃烧与选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝相结合的工艺技术方案，即LNBs+SNCR技术，其经济指标与技术性能最优。
3LNBs+SNCR脱硝工艺简介
3.1降低NOx燃烧技术（LNBs）
为了控制燃烧过程中NOx的生成量所采取的措施原则为：
（1）降低过量空气系数和氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；
（2）降低燃烧温度，防止产生局部高温区；（3）缩短烟气在高温区的停留时间等。
燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。
将过量空气系数适当降低（不影响锅炉正常燃烧），燃烧区处于“微过氧燃烧”状态时，对于抑制在该区中NOx的生成量有明显效果。
根据这一原理，在不影响锅炉正常燃烧的前提下，应用先进的自动化控制技术（MFA无模型自适应控制）结合烟气再循环，适当降低燃烧区的空气量，NOx生成量可降低10%左右。
3.2选择性非催化还原法（SNCR）
SNCR工作原理：
用NH3、尿素等还原剂喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂，因此必须在高温区加入还原剂，还原剂喷入炉膛温度为800℃-1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2，该方法是以炉膛为反应器。
尿素溶液还原吸收法利用还原剂尿素在酸性条件下与NOx发生氧化还原反应，最终产物为N2、CO2、和H20，且无副反应，不会造成二次污染，能达到无毒排放。
反应机理如下：
用尿素作为还原剂还原NOx的主要反应为：
用NH3作为还原剂还原NOx的主要反应为：
SNCR的主要影响因素：
1）温度：
NOx的还原反应发生在一特定的温度范围内（最佳的反应温度870℃-1100℃）；
2）停留时间：
指反应物在反应器内停留的总时间；在此时间内，NH3、尿素等还原剂与烟气的混合、水的蒸发、还原剂的分解和NOx的还原等步骤必须完成；停留时间大小取决于锅炉的气路的尺寸和烟气流经锅炉气路的气速；SNCR系统中，停留时间0.001s～10s；
3）混合程度：
要发生还原反应，还原剂必须与烟气分散和混合均匀；混合程度取决于锅炉的形状与气流通过锅炉的方式；
4）NH3/NOx摩尔比（化学当量比）
SNCR优点：
此法的脱硝效率约为40%-60%，SNCR建设周期短、投资少、脱硝效率中等，比较适合于中小型燃煤锅炉脱硝改造项目，SNCR技术是已投入商业运行的比较成熟的烟气脱硝技术。
4设计基础
4.1项目背景
北京紫竹药业现有容量为20t/h链条炉1台，主要用于提供生产用汽。
目前锅炉烟气中的NOx含量为400mg／Nm3造成超标排放，需要进行脱硝处理，以使处理后的烟气中NOx含量降至200mg／Nm3，以满足北京市《大气污染物综合排放标准》（DB11/501-2007）的要求。
4.2设计依据
4.2.1锅炉参数
锅炉采用江苏无锡锅炉厂的SHL20—2.45/400型锅炉。
设计燃用燃煤。
锅炉年运行时间8000h。
锅炉主要技术参数见下表：
额定蒸发量
20t/h
额定蒸汽温度
400℃
额定蒸汽压力
2.45MPa（25kgf/㎝2）
受热面积
锅炉本体
辐射84.65㎡
对流269.21㎡
过热器
133.4㎡
省煤器
257㎡
空气预热器
445㎡
炉排有效面积
223/㎡
给水温度
105℃
热空气温度
150℃
排烟温度
176℃（实际197℃）
锅炉设计效率
74.60%
设计燃料
2类烟煤
燃料消耗量
4t/h
4.2.2锅炉烟气主要污染物含量
项目
单位
设计值
锅炉烟气流量
Nm3/h,干基
37,000
O2
mg/Nm3
1.0
SOx
mg/Nm3
10.2
烟尘
mg/Nm3
560
NOx
mg/Nm3
1500
CO2
mg/Nm3
400
NO/NOX
9/1
4.3装置规模及组成
本项目的LNBs+SNCR烟气脱硝装置处理能力为100%BMCR工况下的烟气，设计处理烟气量37,000Nm3/h，年运行时间为8000小时，系统主要包括：
还原剂制备系统、锅炉燃烧工况监测系统、还原剂喷射装置、逃逸Nox脱除装置，低Nox燃烧控制装置、SCADA监测与控制系统、配套管道及仪表等。
本装置以尿素（或液氨、氨水）作为主要还原剂，配一定比例（1-2%）的强化反应剂，脱除烟气中的NOx。
不产生产品、中间产品、副产品等，烟气处理后直接排入大气。
4.4还原剂
本装置的还原剂确定为尿素，液氨及氨水也可选用。
以下是三种还原剂优缺点分析：
还原剂
优点
缺点
建议
尿素
没有溢出危险，设备投资成本低
运行成本稍高
推荐使用
氨水
如果溢出，蒸汽浓度较低
运输，贮存成本较高
液氨
还原剂和蒸发成本最低；氨储罐体积小
安全问题、二次污染
不使用
通过以上分析，建议本项目还原剂采用尿素，二等品以上级。
4.5强化反应剂
为了强化选择性非催化还原反应，提高还原剂与Nox的反应速率，以保证系统的脱硝效果，按还原剂（尿素）用量的1-2%配比强化反应剂。
4.6LNBs+SNCR脱硝装置总体性能指标
本项目的LNBs+SNCR脱硝装置保证满足以下的性能指标：
（1）烟气脱硝采用低Nox燃烧与选择性非催化还原反应结合的技术工艺路线；
（2）烟气处理能力37,000Nm3/h；
（3）处理前烟气中的氮氧化物含量按400mg／Nm3（氧含量6%，干基）计算，处理后烟气中的氮氧化物含量≤150mg/Nm3，满足北京市《大气污染物综合排放标准》（DB11/501-2007）的要求。
（4）烟气氮氧化物含量按照400mg/Nm3设计时，设计脱硝效率≥62.5%；
（5）氨的逃逸率≤10ppm；
（6）年运行时间为8000小时；
（7）还原剂采用尿素（二等品以上级）；
（8）不设置反应器旁路；
（9）还原剂耗量：
尿素10kg/h按锅炉负荷100计
（10）NH3与NOx摩尔比为1/1至3/1
（11）在锅炉的正常负荷范围内，SO2/SO3转化率小于1%。
（12）安全、消防、环保、劳动安全卫生等按中国国家相关规定执行。
5系统配置
本项目的LNBs+SNCR烟气脱硝装置主要包括：
还原剂制备系统、锅炉燃烧工况监测系统、还原剂喷射装置、逃逸Nox脱除装置，低Nox燃烧控制装置、SCADA监测与控制系统、配套管道及仪表等。
部分子系统/装置的设备参数与工况涉及技术机密，暂时保密，待项目合同确定后即可全部提供。
5.1还原剂制备系统
还原剂制备系统由还原剂贮仓、还原剂溶解池、还原剂溶液贮罐、星型卸料阀、还原剂输送泵、配套管道及仪表组成，其具体设备工艺参数如下：
还原剂贮仓：
封闭式贮仓，防腐内壁，容积3-5立方米，贮存还原剂量可满足连续一星期的满负荷用量，配套料位监测仪。
还原剂溶解池：
半封闭式设计，防腐内壁，容积70升，不锈钢材质，配套液位开关。
还原剂溶液贮罐：
封闭式设计，防腐内壁，容积600升，不锈钢材质，可满足连续8小时的满负荷用量，配套液位监测仪。
星型卸料阀：
定量卸料，额定功率<200W，每小时工作3分钟。
还原剂输送泵：
特殊防腐隔膜泵，额定功率<100W。
还原剂制备系统工艺流程图
不同类型的还原剂贮仓
还原剂溶液贮罐
5.2锅炉燃烧工况监测系统
锅炉燃烧工况监测系统由热电偶、氧化镐镐传感器、信号采集器、锅炉燃烧工况分析终端以及相关辅件组成。
热电偶：
多台热电偶分层布置，实时监测炉膛温度变化情况，温度上限1700℃。
氧化镐传感器：
设置于省煤器前，实时监测锅炉烟气含氧量。
信号采集器：
模/数转换设备，16位精度。
锅炉燃烧工况分析终端：
采用先进的模糊控制技术，专用分析软件，多变量炉膛温度分析，炉膛温度场呈像，氧气含氧量与炉膛温度合理性分析（此终端为关键技术）。
5.3还原剂喷射装置
还原剂喷射装置由空压机、输液泵（计量泵）、喷射装置、以及相关管道与仪表组成，用于将还原剂均匀地喷入炉膛窗口温度区，以保证还原剂与烟气中的NOx充分接触。
炉内喷射还原剂分布状况三维模拟效果图
SNCR部分还原剂喷射装置
5.4逃逸NOx脱除装置
逃逸Nox脱除装设置于脱除锅炉烟气（省煤器后），用于还原逃逸的NOx，以解决SNCR技术较SCR技术NOx逃逸率高的问题。
为保证脱硝效果而配置（特殊技术，设备配置及工艺能数暂保密）。
5.5低NOx燃烧控制装置
低Nox燃烧控制装置由引风烟道、专用风机及配套仪表等设备组成，本装置受燃烧工况监测系统控制，在保证锅炉效率和燃烧工况的前提下，适当降低烟气含氧量。
烟气含氧量与NOx生成量的关系示意图
5.6SCADA监测与控制系统
SCADA监测与控制系统由数据服务器、操作站、数据采集器、DCS集散控制器、以及设备于其它分系统/装置的温度、压力、流量、PH值、液位、料位、气态污染物含量等传感器组成。
用于实时监测各子系统/装置的各类模拟量参数，并全面监测与控制LNBs+SNCR脱硝装置的各设备运行状况；可实现对各子系统/装置设备的远程启/停及运行调整。
关键控制回路可实现全自动控制，避免人为操作对系统效率的影响。
SCADA监测与控制系统设置于锅炉操作间，以便于根据锅炉运行工况变化及时调整。
5.7电气系统
电气系统设备MCC配电柜三台，外接电源种类有AC380V、AC220V两种，内设交直流转模块、空气开关、继电器、熔断器、综合保护器等装置，为LNBs+SNCR装置各子系统/装置提供动力电源。
6工艺流程
6.1LNBs工艺流程
低NOx燃烧控制区示意图
在煤斗给煤链条炉炉排上，燃料从炉排的入口端进入炉室，沿炉排的长度方向，燃烧过程的各个步骤十分明显，即沿链条的传送方向依次出现预热、干燥、挥发分析出，引燃、燃烧和焦炭燃尽阶段。
在沿着燃料层的厚度方向上，燃烧过程也很明显，燃烧从煤层表面开始逐渐向煤层内部推进。
该链条炉的主要缺点是过剩空气系数较高（引风机前烟气含氧量监测值为10.2）。
特别是在低负荷范围内，过剩空气系数更高。
该锅炉一次风分段送入炉室，对于这样的燃烧过程，煤的挥发分含量显然具有决定性的作用。
链条炉的平均燃烧温度约为1000-1200℃，在此温度范围内，所生成的热力型NO份额还不大，而燃煤中的挥发份所生成的NO占到了绝大部分。
消除温度峰值能起到明显地减少NO生成的作用，而不影响锅炉的正常出力与煤燃烧工况，出现高温的原因是在此区域内存在大量释放出的可燃性挥发分物质。
通过燃烧优化调整与烟气循环，可能在一定程度上提高燃烧强度的均匀性，从而起到明显降低温度峰值的效果。
除燃烧温度外，挥发分析出的温度以及受引燃拱结构强烈影响的加热速率对NO的生成也有重要作用。
当温度较低和加热速率较小时，析出挥发分就较少，挥发分的含氮组分也就较少。
因此，大部分燃料氮就保留在焦炭中，而残炭中的氮生成NO的转化率要比气相状态下挥发氮小得多。
在该锅炉目前的送风方式限制下，旨在降低NOx排放的运行调整只能在小范围内进行。
20
6.2SNCR工艺流程
SNCR工艺流程示意图
SNCR技术的工业应用始于20世纪70年代中期日本的一些燃油、燃气电厂，在欧盟国家从80年代末一些燃煤电厂也开始SNCR技术的工业应用。
美国的SNCR技术在燃煤电厂的工业应用是从90年代初开始的，目前世界上燃煤电厂SNCR工艺的总装机容量在2GW以上。
该方法是把含有NHx基的还原剂（本工程采用尿素），喷入炉膛温度为800～1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOX进行SNCR反应生成N2和H2O。
非选择性催化还原法受温度、NH3/NOx摩尔比及停留时间影响较大。
通过模拟试验得出氨水最佳喷射温度范围为850～1100℃，NH3/NOx理想摩尔比介于1～2，停留时间为1秒时，理论值最大NOx还原率达到82％。
7主要工艺设备表
序号
设备名称
主要技术指标
单位
数量
备注
一、还原剂制备系统
1
还原剂贮仓
封闭式贮仓，防腐内壁，容积3-5立方米，配料位监测仪
台
1
2
还原剂溶解池
半封闭设计，防腐内壁，容积70升，不锈钢材质，配套液位开关
台
1
3
还原剂溶液贮罐
封闭设计，防腐内壁，容积600升，不锈钢材质，配液位监测仪
台
1
4
星型卸料阀
定量卸料，额定功率<200W，自动卸料，低料位报警
m3
1
5
还原剂输送泵
特殊防腐隔膜泵，额定功率<100W，低液位报警，自动输送
台
1
进口
6
补水泵
小流量高压泵，如提供水源至还原剂制备区，可省略
台
2
一用一备
7
电磁阀
常闭式电磁阀
台
4
进口
二、锅炉燃烧工况监测系统
6
热电偶
温度上限1700℃，配套保护装置，可轴向10cm伸缩
台
8
连接辅件特制
7
氧化镐传感器
常规
套
1
8
信号采集器
16位精度，32通道
台
1
9
锅炉燃烧工况分析终端
专用终端，某高校专利技术产品
套
1
三、还原剂喷射装置
10
空压机
345*139*185mm，150L/min
台
1
特型设备
11
输液泵（计量泵）
特殊型号，配运行状态监测装置
台
8
特型设备
12
喷射装置
设备型号与参数暂保密，已提供图片资料
台
8
13
四、逃逸NOx脱除装置
机密技术
套
1
五、低NOx燃烧控制装置
14
引风烟道
根据实际情况而定
米
待定
15
专用风机
专用设备
台
1
六、SCADA监测与控制系统
15
数据服务器
Data-Auto，Ver6.1，无限点，可扩展
套
1
定向开发
16
操作站
Super-A2000，Ver3.62，冗余热备份
台
2
定向开发
17
数据采集器
AC/DC转换设备，16位精度，32通道
台
6
18
DCS集散控制器
国产，总I/O点数400，双CPU，配SOE
套
1
19
温度检测仪
测量范围0-100℃，精度1%，冗余设置
台
31
进口
20
压力检测仪
常规仪表，根据不同管路压力选型，关键管路冗余设置
台
26
21
流量检测仪
微型流量计，根据不同管路流量选型，关键管路冗余设置
台
12
22
PH检测仪
常规PH计
台
6
进口
23
液位检测仪
测量范围0-70cm，外置式
台
6
24
料位检测仪
测量范围0-100cm，超声波式
台
2
25
气态污染物含量传感器
NOx含量分析，精度0.5%-1%，实时监测
套
1
七、电气系统
26
MCC开关柜
内设交直流转模块、空气开关、继电器、熔断器、综合保护器等
套
3
27
电动机综合保护器
根据不同电动机技术参数选型，关键设备应用
套
12
八、配套辅件
管路、管道
按各子系统/装置选配，不锈钢管、PVC管、CS管、连接件等
米
待定
其它辅件及专用工具
提供辅件及专用工具
套
1
8LNBs+SCR系统原料及公用工程消耗
序号
项目
单位
消耗量
用户
备注
1
尿素（二等品能上级）
Kg/h
10
还原反应区
最大用量
3
电（380v,50Hz）
Kwh
5
专用风机
4
电（220v,50Hz）
Kwh
3
仪表及控制系统
5
强化反应剂
L/min
300
自动控制阀门
6
水
L/h
100
系统补水
最大用量
9运行费用估算
脱硝装置的运行成本包括催化剂、液氨的消耗成本和系统各种能耗成本及运行维护需要的人工成本。
一、尿素：
尿素总量50吨/年，尿素价格按1800元/吨计算。
二、电耗：
LNBs+SNCR脱硝装置额定总功率<5kW，电价按0.5元/kWh计算。
实际年运行总成本估算见下表（按锅炉实际负荷率计算）：
序号
项目
数量
年费用（万元）
1
还原剂NH3消耗
60t/年
10.5
2
系统电耗
5万kwh/年
2.5
合计
13
10报价单
单位：
人民币元
序号
设备名称
简要技术参数
单位
数量
单价
小计
一、还原剂制备系统
1
还原剂贮仓
封闭式、防腐、3-5立方米，料位监测
台
1
26360
26360
2
还原剂溶解池
半封闭、防腐、容积70升，不锈钢、液位开关
台
1
5660
5660
3
还原剂溶液贮罐
封闭、防腐、容积600升，不锈钢，液位监测
台
1
13760
13760
4
星型卸料阀
定量卸料，额定功率<200W，低料位报警
m3
1
1320
1320
5
还原剂输送泵
特殊防腐隔膜泵，功率<100W，液位报警，自动
台
1
5279
5279
6
补水泵
小流量高压泵，进口
台
2
790
1580
7
电热棒
插入式电热棒，防止水温过低尿素析出，300W
个
6
260
1560
8
电磁阀
常闭式电磁阀,进口特型
台
4
5120
20480
二、锅炉燃烧工况监测系统
9
热电偶
温度上限1700℃，特制专用，轴向10cm伸缩
台
8
2300
18400
10
氧化镐传感器
常规
套
1
32800
32800
11
信号采集器
16位精度，32通道
台
1
5337
5337
12
锅炉燃烧工况分析终端
专用终端，某高校专利技术产品
套
1
67500
67500
三、还原剂喷射装置
13
空压机
345*139*185mm，150L/min，特型
升级会员 